Những kỷ niệm thật kỳ diệu. Tôi đã đi du lịch Đại Tây Dương Canada trong ba tuần qua và hồi ức của tôi về chuyến đi — ngày tháng, địa điểm, món ăn, cuộc phiêu lưu — không khớp với các ghim trên Google Maps hoặc các mục nhật ký. Bộ não của tôi đang học hỏi những trải nghiệm mới và mã hóa ký ức — không đủ mạnh để tồn tại dù chỉ một tuần.
Khả năng lưu giữ trí nhớ trở nên tồi tệ hơn theo tuổi tác. Đối với những người bị chấn thương não, chẳng hạn như đột quỵ hoặc chấn thương thực thể đến não, sự suy giảm có thể hoàn toàn suy nhược. Điều gì sẽ xảy ra nếu có một cách nào đó để tăng cường khả năng lưu giữ ký ức của não một cách giả tạo?
Ý tưởng nghe giống như một Black Mirror tập. Nhưng tháng này, một nghiên cứu mới in Biên giới trong khoa học thần kinh của con người đã cung cấp một số bằng chứng đầu tiên cho thấy “bộ phận giả trí nhớ” có thể thực hiện được ở người. Chân tay giả không phải là một thiết bị; đúng hơn, đó là một loạt các điện cực được cấy vào bên trong hồi hải mã - một cấu trúc nằm sâu trong não rất quan trọng đối với những ký ức theo từng giai đoạn - mã hóa thời gian, địa điểm và trải nghiệm hàng ngày của chúng ta.
Việc thiết lập dựa trên một cái nhìn hoàn toàn không phức tạp về bộ nhớ. Thay vì những làn sóng phong phú, chi tiết, ký ức tình cảm khiến não bộ của chúng ta tràn ngập, nó cho rằng ký ức chỉ đơn giản là các tín hiệu điện được tạo ra bởi một đường cao tốc thần kinh được điều chỉnh tốt bên trong hồi hải mã. Nếu chúng ta có thể nắm bắt những tín hiệu này trong khi một người đang học, thì về lý thuyết, chúng ta có thể phát các bản ghi âm trở lại não - dưới dạng các zap điện - và có khả năng tăng cường trí nhớ cụ thể đó.
Nhóm đã xây dựng dựa trên công trình kỹ thuật bộ phận giả bộ nhớ trước đây của họ. Ở những người bị bệnh động kinh, họ cho thấy rằng bằng cách giới thiệu lại các tín hiệu thần kinh mã hóa một loại trí nhớ trong một nhiệm vụ cụ thể, các zap đã tăng cường khả năng nhớ lại hơn 50%.
Nghiên cứu liên quan đến một nhóm nhỏ. Nhưng thật khó tin, những người bị mất trí nhớ trước đó đã cho thấy những cải thiện tốt nhất.
Để rõ ràng, nhóm nghiên cứu đã không phát triển một máy quay video cho bộ nhớ. Hệ thống bắt chước một phần quy trình bình thường của hồi hải mã để mã hóa và thu hồi bộ nhớ, điều này có thể nổi tiếng là chủ quan và hơi không đáng tin cậy. Một bộ phận giả trí nhớ tương tự có thể không hoạt động tốt trong thế giới thực, nơi chúng ta liên tục bị tấn công bằng những trải nghiệm mới và những kỷ niệm.
Điều đó nói lên rằng, nghiên cứu chỉ ra một cách để giúp những người bị sa sút trí tuệ, Alzheimer hoặc các nguyên nhân khác gây mất trí nhớ giữ lại những khoảnh khắc trong cuộc sống của họ mà nếu không thì có thể bị mất.
"Đó là một cái nhìn thoáng qua về tương lai về những gì chúng ta có thể làm để khôi phục trí nhớ," nói Tiến sĩ Kim Shapiro tại Đại học Birmingham, người không tham gia vào nghiên cứu, MIT Technology Review.
Nó hoạt động như thế nào?
Tất cả đều phụ thuộc vào các xung điện xung quanh hồi hải mã và bên trong nó.
Hãy phóng to. Hải mã, một cấu trúc hình cá ngựa, thường được mô tả như một trung tâm nguyên khối cho ký ức. Nhưng — chèn sự tương tự thực phẩm — thay vì một khối pho mát đồng nhất, nó giống như một miếng pho mát nhúng nhiều lớp, với các xung điện chạy qua các lớp khác nhau khi nó mã hóa, lưu giữ và nhớ lại ký ức.
Đối với bộ phận giả trí nhớ, nhóm nghiên cứu tập trung vào hai vùng cụ thể: CA1 và CA3, tạo thành một mạch thần kinh có tính liên kết cao. Nhiều thập kỷ nghiên cứu ở loài gặm nhấm, động vật linh trưởng và con người đã chỉ ra đường cao tốc thần kinh này là điểm mấu chốt để mã hóa ký ức.
Các thành viên trong nhóm, do TS. Dong Song từ Đại học Nam California và Robert Hampson tại Trường Y khoa Wake Forest, không xa lạ gì với các bộ phận giả trí nhớ. Với “nhà kỹ thuật sinh học trí nhớ”, Tiến sĩ Theodore Berger - người đã làm việc để chiếm đoạt mạch CA3-CA1 để cải thiện trí nhớ trong hơn ba thập kỷ - nhóm ước mơ đã có thành công đầu tiên trên người vào năm 2015.
Ý tưởng trung tâm rất đơn giản: tái tạo tín hiệu của hồi hải mã bằng một thiết bị thay thế kỹ thuật số. Đó không phải là nhiệm vụ dễ dàng. Không giống như các mạch máy tính, các mạch thần kinh là phi tuyến tính. Điều này có nghĩa là các tín hiệu thường cực kỳ nhiễu và chồng chéo theo thời gian, điều này thúc đẩy — hoặc ức chế — các tín hiệu thần kinh. Như Berger đã nói vào thời điểm đó: "Đó là một hộp đen hỗn loạn."
Để giải mã bộ nhớ, nhóm đã nghiên cứu ra hai thuật toán. Mô hình đầu tiên, được gọi là mô hình giải mã bộ nhớ (MDM), lấy trung bình các mẫu điện trên nhiều người khi họ hình thành ký ức. Loại còn lại, được gọi là đa đầu vào, đa đầu ra (MIMO), phức tạp hơn một chút, vì nó kết hợp cả các mẫu điện đầu vào và đầu ra — tức là mạch CA3-CA1 — và bắt chước các tín hiệu đó trong cả không gian và thời gian. Về lý thuyết, việc phát cả hai tín hiệu điện dựa trên MDM và MIMO trở lại hồi hải mã sẽ giúp nó tăng tốc.
Trong một loạt các thử nghiệm, đầu tiên ở chuột và khỉ, sau đó trong con người khỏe mạnh, nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng bộ phận giả trí nhớ của họ có thể cải thiện trí nhớ khi các mạch thần kinh tạm thời bị gián đoạn, chẳng hạn như khi dùng thuốc. Nhưng bỏ qua các mạch bị thương là chưa đủ - thứ họ muốn là một bộ phận giả trí nhớ thực sự có thể thay thế hồi hải mã nếu bị hư hại.
Một thế giới hoàn toàn mới
Nghiên cứu mới được hưởng lợi từ một nguồn tài nguyên khoa học thần kinh có giá trị: những người bị động kinh được cấy điện cực vào các vùng liên quan đến trí nhớ trong não của họ. Các thiết bị cấy ghép, nằm sâu bên trong não, giúp các bác sĩ giải phẫu thần kinh tìm ra nguồn gốc của các cơn động kinh ở mọi người. Trong số 25 người tham gia được chọn, một số người không biểu hiện các triệu chứng khác ngoài chứng động kinh, trong khi những người khác bị chấn thương não từ nhẹ đến trung bình.
Đây là bài kiểm tra. Những người tham gia được xem một hình ảnh trên màn hình, sau đó sau một khoảng thời gian trì hoãn, họ được hiển thị cùng một hình ảnh với tối đa bảy lựa chọn thay thế khác nhau. Mục tiêu của họ là chọn ra hình ảnh quen thuộc. Mỗi người tham gia đạp xe nhanh chóng qua 100-150 thử nghiệm, trong đó hoạt động hồi hải mã của họ được ghi lại để ghi lại trí nhớ ngắn hạn của họ.
Sau ít nhất 15 phút, những người tham gia được xem 3 hình ảnh và yêu cầu xếp hạng mức độ quen thuộc của mỗi hình ảnh. Đó là một nhiệm vụ khó khăn: một là hình ảnh mẫu từ cuộc thử nghiệm, một là hình ảnh thay thế có vẻ quen thuộc, và một là chưa từng thấy trước đây. Điều này nhằm ghi lại trí nhớ dài hạn của họ.
Đèn flash phía trước. Một ngày giữa khi tháo các điện cực, những người tham gia trải qua một vòng kiểm tra trí nhớ khác tương tự như những lần trước. Một số người nhận được kích thích điện dựa trên tín hiệu thần kinh của chính họ, được xử lý bằng thuật toán MDM hoặc MIMO. Những người khác được đánh dấu bằng các xung ngẫu nhiên. Nhóm cuối cùng không nhận được kích thích nào cả.
Nhìn chung, việc kích thích não bộ của những người bị động kinh giúp tăng hiệu suất ghi nhớ lên khoảng 15%. Những xung nhịp với MDM — sử dụng tín hiệu điện trung bình — có mức tăng đáng kể là 13.8%. Ngược lại, mô hình MIMO, bắt chước các tín hiệu thần kinh của mỗi con hải mã, đã làm cho hiệu suất của chúng cải thiện 36%.
Nhóm nghiên cứu cho biết: “Không phân biệt chức năng bộ nhớ cơ bản (suy giảm so với bình thường), mô hình MIMO tạo ra ít nhất gấp đôi sự thuận lợi so với mô hình MDM.
Con đường dài phía trước
Mặc dù đầy hứa hẹn, nghiên cứu này chỉ là một bước nhỏ tiếp theo hướng tới một bộ phận giả ở hải mã. Bởi vì những người tham gia đã được tháo điện cực của họ sau thử nghiệm thứ hai, chúng tôi không biết liệu - cũng như trong bao lâu - các hiệu ứng kéo dài, hoặc liệu kích thích liên tục có cần thiết hay không.
Mặc dù một bộ phận giả trí nhớ có thể mang lại lợi ích cho những người mắc bệnh Alzheimer, nhưng cần phải hoàn thiện thêm rất nhiều chi tiết. Thiết lập điện cực ở đây tương đối thô - liệu có thể sử dụng microarray hoặc thiết bị không xâm lấn? Nếu vậy, thiết bị có nên được bật 24/7 không? Rốt cuộc, chúng ta không nhớ tất cả những ký ức của mình — có một kiểu “tẩy” khớp thần kinh được cho là xảy ra trong khi ngủ.
Hiện tại, công nghệ này vẫn chưa sẵn sàng để sử dụng trong lâm sàng. Nhưng đó là một cái nhìn thoáng qua về những gì có thể xảy ra. Ít nhất thì nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, tương tự như một chân tay giả, một chip nhớ không phải là điều không thể đối với những người cần nó nhất.
